Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
prof. dr hab. n. med. Lucyna Ostrowska
Żywność genetycznie
modyfikowana.
Nurigenomika – żywienie a
genom człowieka.
Zakład Dietetyki i Żywienia Klinicznego
Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku
Żywność genetycznie
modyfikowana
Modyfikacja genetyczna polega na chemicznej
zmianie fragmentów DNA (nośnika informacji
genetycznej – zbiorowiska genów), czyli
usunięciu jednego lub więcej genów, albo
zmianie jednego lub więcej genów, ewentualnie
wprowadzeniu do genomu danego organizmu
nowego genu lub zespołu genów, w wyniku
czego powstaje nowe białko.
Żywność genetycznie
modyfikowana
Organizmy, których struktura genomu została
celowo zmieniona przez człowieka, zwane są
transgenicznymi lub przekształconymi
genetycznie. Stosowany termin – organizmy
transgeniczne – wynika stąd, że wprowadzone
geny do genomów pochodzą najczęściej od
innych gatunków. Nadają one modyfikowanemu
organizmowi pożądaną cechę, nie występującą u
niego naturalnie. Taka zmiana genomu jest
utrwalana dziedzicznie i przekazywana z
pokolenia na pokolenie.
Żywność genetycznie
modyfikowana
Dla uzyskania roślin transgenicznych muszą być wprowadzone do komórki odpowiednie transgeny. Transgeny to fragmenty DNA w sekwencji zasad purynowych i pirymidynowych, w których „zapisana” jest oczekiwana, nowa cecha.
Do przenoszenia transgenów używa się plazmidu (DNA w komórkach bakteryjnych) szczepów bakterii Agrobacterium tumefaciens lub Agrobacterium rhizogenes. Bakterie te w warunkach normalnych przenoszą geny do komórek roślinnych, powodując charakterystyczne narośla (tumory); geny odpowiedzialne za te narośla zastępuje się transgenem (technika wektorowa).
Inna technika – metoda mikrowstrzeliwania DNA wraz z drobinami metali szlachetnych (włączanie do genomu).
Żywność genetycznie
modyfikowana
W poszukiwaniu efektywnych źródeł żywności
funkcjonalnej pracuje się nad żywnością genetycznie
modyfikowaną (GFM), otrzymanej z genetycznie
modyfikowanych organizmów (GMO).
Wykorzystanie technik inżynierii genetycznej pozwala
hodowcom, podobnie jak dawniej, na poprawę
właściwości i cech roślin, lecz z dużo większą precyzją.
Przykładem pozytywnych rozwiązań w tym zakresie są:
eliminacja glutenu z ziarna pszenicy (istotna dla osób z
nietolerancją tego białka), modyfikacja zawartości
aminokwasów ograniczających, redukcja solaniny w
ziemniakach i wzrost zawartości karotenoidów.
Żywność genetycznie
modyfikowana
W przypadku produktów pochodzenia zwierzęcego przykładem może być mięso o obniżonej zawartości cholesterolu, modyfikacja składu kwasów tłuszczowych, mleko o pomniejszonej alergenności na skutek obniżenia zawartości -laktoglobuliny lub zawierające transgeniczne globuliny przeznaczone dla pacjentów skazanych na częste i wysokie dawki antybiotyków.
W produkcji jogurtów probiotycznych i innych produktów mlecznych mogą mieć zastosowanie bakterie Lactobacillus johnsonii La1, które w wyniku modyfikacji genetycznej są bardziej oporne na stres (np. niskie wartości pH) występujący przy produkcji przemysłowej, a także pozwalający lepiej kontrolować proces przemysłowy.
Żywność genetycznie modyfikowana
Obecnie na rynku dostępne są następujące produkty spożywcze pochodzące z roślin modyfikowanych genetycznie:
żywność będąca genetycznie modyfikowanymi roślinami (np. świeże pomidory i ziemniaki)
żywność zawierająca przetworzone rośliny modyfikowane genetycznie (np. koncentraty do zup z pomidorów, frytki mrożone)
żywność produkowana z zastosowaniem genetycznie modyfikowanych organizmów (np. chleb pieczony z wykorzystaniem transgenicznych drożdży)
Produkty żywnościowe pochodne transgenicznych roślin, lecz nie zawierające żadnych komponentów „transgenicznych” (np. olej sojowy otrzymywany z transgenicznej soi).
W zakresie agrobiotechnologii prace nad GMO zmierzają do
zaplanowanych zmian cech produkcyjnych roślin, a nie do
stworzenia nowych i mają na celu poprawę:
- odporności roślin na stres biotyczny i abiotyczny,
- właściwości organoleptycznych,
- parametrów technologicznych.
Ważnym osiągnięciem jest konstrukcja roślin odpornych na
szkodniki owadzie, czego przykładem są transgeniczne
ziemniaki charakteryzujące się odpornością na stonkę
ziemniaczaną, a także kukurydza i bawełna. Stało się to
możliwe dzięki wprowadzeniu do tych roślin genów
kodujących produkcje endotoksyn białkowych, niszczących szkodniki owadzie, które pochodzą z bakterii Bacillus
thuringiensis.
Dużym osiągnięciem inżynierii genetycznej jest
skonstruowanie genomu ziemniaków, które produkują
wyłącznie amylopektynę. Było to możliwe dzięki ekspresji
genu kodującego antysensowe RNA dla enzymu
opowiadającego za syntezę celulozy. Zablokowano w ten
sposób działanie tego enzymu i uniemożliwiono syntezę
amylozy. Synteza skrobi zachodzi także w pomidorach. W
celu zwiększenia zawartości skrobi zastosowano podobną
technikę modyfikacji genetycznej jak przy ziemniakach.
Technika inżynierii genetycznej umożliwia również
intensyfikację biosyntezy karotenoidów, które stanowią
największą grupę naturalnych barwników, obejmującą ponad
600 związków chemicznych.
Pełnią one wiele ważnych ról fizjologicznych w
produkujących je organizmach, jak transfer energii, ochrona
przed fotoutlenianiem, oraz rolę atraktantów. Znana też jest
ważna rola karotenoidów w żywieniu człowieka ( prekursory
witaminy A , działanie antyrakowe, przeciwmiażdżycowe,
antyoksydanty i inne). Dzięki wprowadzeniu do pomidorów
dwóch genów, syntazy fitoenu(Psy) oraz bakteryjnego genu
desaturazy fitoenu Pds(crtf), utworzono konstrukty o
owocach zawierających całkowicie zmieniony profil
karotenoidów.
Białka roślinne , oprócz roli podstawowego źródła tego
składnika w diecie ludzkiej, pełnią także wiele funkcji
biochemicznych, w tym regulacyjnych i
katalitycznych.Niestety w większości roślin uprawnych skład
aminokwasowy białek jest niewystarczający dla pokrycia
naszych potrzeb żywieniowych. Dotyczy to głównie lizyny i
tryptofanu w zbożach oraz metioniny i cysteiny w roślinach
strączkowych. Dotychczas niedobory te są pokrywane przez
odpowiednie bilansowanie składników pokarmowych lub
przez specjalne dodatki do żywności. Istnieje możliwość
poprawy składu aminokwasowego białek roślinnych poprzez
konstruowanie transgenicznych roślin.
Przeniesienie genów kodujących te białka do innych roślin
może znacznie wzbogacić ich skład w aminokwasy
egzogenne.
W ostatnich latach poszukuje się niskokalorycznych
środków słodzących, w związku z tym dużym
zainteresowaniem cieszą się białka o słodkim smaku.
Znanych jest pięć takich białek: taumatyna, mabinlina,
brazzeina, kurkulina i monellina, których masa
cząsteczkowa jest relatywnie niska i wynosi 6-25kD.
Słodkość tych białek przekracza tysiące razy słodkość
sacharozy.
Dla przemysłu spożywczego szczególnie atrakcyjne
mogą być brazzeina, kurkulina, mabinlina. Podjęto już
próby klonowania mabinliny w komórkach bakterii i
drożdży oraz w niektórych roślinach transgenicznych.
Fragmenty DNA, stanowiące cDNA prekursorów
taumatyny sklonowano w wektorach bakteryjnych
pochodnych plazmidu pBR322 z promotorem
tryprofanowym trp i promotorem lac, które wprowadzono do bakterii E.coli oraz B. Subtilis, gdzie
uległy ekspresji. Wyniki dotychczasowych prac są
bardzo obiecujące, gdyż produkcja białek taumatyny
sięgała 20% puli wytwarzanych białek.
Największe nadzieje wiążą się jednak z produkcją
taumatyny w uprawnych roślinach transgenicznych
rosnących w klimacie umiarkowanym.
Duży sukces odnieśli także polscy naukowcy, którzy
wyhodowali transgenicznego ogórka produkującego
znaczne ilości taumatyny. Można oczekiwać
opracowania masowej syntezy słodkich białek w
wybranych roślinach transgenicznych i pojawienia się
na rynku czystych preparatów białkowych oferowanych
jako słodzące dodatki do żywności, a także konstrukcji
roślin, w których białka te będą integralnym składnikiem
ograniczającym konieczność dodawania
transgenicznych środków słodzących.
Żywność genetycznie modyfikowana
Prowadzone badania uzyskania organizmów genetycznie zmodyfikowanych i praktyczne zastosowanie ich wyników zmierzają w kierunku:
powiększenia produkcji żywności,
zwiększenia wartości żywieniowej produktów spożywczych,
usuwania substancji szkodliwych i niepożądanych
ulepszania cech nadających nowe, atrakcyjne właściwości (np. kolor, twardość)
ulepszania cech ułatwiających przetwórstwo.
Regulacja Parlamentu Europejskiego z dnia 27
stycznia 1997 roku włącza żywność transgeniczną do
kategorii tzw. nowej żywności, która obejmuje:
- żywność i jej składniki zawierające lub będące
organizmami modyfikowanymi genetycznie GMO( całe
produkty spożywcze lub ich składniki produkowane w
oparciu o surowce transgeniczne lub spożywane
bezpośrednio, np. modyfikowane pomidory)
- żywność i jej składniki produkowane z GMO, lecz nie
zawierające GMO (olej rzepakowy uzyskany z rzepaku
odpornego na herbicydy i produkty, w skład których taki
olej wchodzi, np. majonezy).
- żywność i jej składniki zawierające nowe lub celowo
zmodyfikowane pierwotne struktury molekularne,
- żywność i jej składniki składające się lub izolowane
z roślin i zwierząt hodowlanych i rozmnażanych nie
tradycyjnymi metodami, a jednocześnie nie
posiadające własnej historii ich bezpiecznego
stosowania dla celów spożywczych.
Ocena bezpieczeństwa żywności powinna uwzględniać
bezpośrednie konsekwencje wynikające z obecności w
żywności nowych genów, tzn.konsekwencje
żywieniowe,toksykologiczne i alergiczne. Jak dotąd brak
jest doniesień na temat zagrożenia wynikającego z
obecności obcych genów, gdyż są one szybko trawione
w przewodzie pokarmowym ludzi i zwierząt (każdego
dnia spożywany materiał genetyczny w pokarmie
pochodzenia roślinnego czy zwierzęcego).
Natomiast problemem może być zmiana
dotychczasowego poziomu składników spożywczych w
nowym produkcie, pojawienie się toksyn czy też
substancji alergicznych. Wymaga to szczegółowych
badań przy każdym nowym produkcie spożywczym
mającym związek z GMO. Źródłem genów
wprowadzanych do nowych roślin powinny być
organizmy bezpieczne dla zdrowia człowieka i o długim
zastosowaniu do celów spożywczych.
Szczególna ostrożność dotyczy pobierania genów ze
źródeł wysokoalergennych, którymi są produkty
spożywcze, tj. jaja, ryby, skorupiaki, mleko, orzeszki
ziemne, soja, orzechy i pszenica, powodujących ponad
90% alergii.
Jednakże dotychczasowe doświadczenia wskazują,że
produkty genów, które nie są alergenne, nie staną się
alergenne w transgenicznych roślinach, natomiast do
wprowadzenia do soi genu kodującego albuminę
orzecha brazylijskiego ( alergenu dla pewnej grupy
ludzi), wyizolowanego z orzecha brazylijskiego,
nasiona tych roślin stają się również alergenne.
Genetycznie zmodyfikowane zwierzęta
przeznaczone dla przemysłu spożywczego to jednak
nowa jakość.Początkowo zwierzęta wykorzystywane
były do wytwarzania w mleku składników leków,
obecnie genetyczne manipulacje zmierzają do
poprawy smaku lub obniżenia kosztów produkcji
mięsa albo (jak w wypadku nowozelandzkich krów)
sera.
Japońscy specjaliści z Uniwersytetu Kinki
wprowadzili do genomu świni geny szpinaku
(FAD2), dzięki któremu mięso ma o 20% mniej
szkodliwego tłuszczu.Spożywanie takiej wieprzowiny
jest więc bardziej korzystne dla zdrowia.
Z kolei amerykańskiej Aqua Bounty Farms udało się
otrzymać genetycznie zmodyfikowanego łososia
wyposażonego w dodatkowe geny odpowiedzialne za
produkcję hormonu wzrostu.Dzięki manipulacji znacznie
szybciej rośnie, jest większy, a do tego potrzebuje mniej
żywności na wytworzenie każdego kilograma wagi ciała
niż jego niezmodyfikowani kuzyni.
Szukając nowego źródła kwasów omega-3,
wszczepiono świńskim komórkom gen o nazwie fat – 1.
W ten sposób zmodyfikowane genetycznie embriony
wszczepiono następnie świniom, które produkują
tzw.kwasy tłuszczowe omega-3 działające korzystnie na
serce.
Obecny w komórkach świń gen steruje produkcją
enzymu wytwarzającego tak pożądany kwas
omega-3. Ogólna zawartość tłuszczu w mięsie
zmodyfikowanych prosiąt jest taka sama jak u
zwykłych, ale jest on zdrowszy. Zwierzęta te mogą
być alternatywnym źródłem tych kwasów
tłuszczowych.Trwają prace zmierzające do
podobnej zmiany mięsa kur i krów.
Jedzenie mięsa ryb morskich, zawierającego kwas
omega-3, redukuje m.in. ryzyko zawału. W mięsie
ryb może jednak występować wysokie stężenie
związków toksycznych. Ponieważ wpływają one
szczególnie niekorzystnie na zdrowie płodu,
kobietom w ciąży odradza się częste spożywanie
ryb.
Kim byliśmy dawniej...?
Łowcy, Padlinożercy czy Wegetarianie...
„...czas, który upłynął od okresu wielkiej rewolucji,
którą w historii człowieka stało się rozpoczęcie
uprawy roli, był zbyt krótki, by w znaczący
sposób zmodyfikować nasze przystosowania do
diety z paleolitu...”
Konarzewski M.: Na początku był głód. PIW, 2005
Czy jesteśmy roślinożercami?
1. Wysoka aktywność amylazy ślinowej i trzustkowej
2. Preferencje organizmu do glukozy (mózg)
3. Niezdolność ludzkiego organizmu do syntezy witaminy C
4. Podobieństwo genetyczne do małp (98,8% ludzkiego DNA jest identyczne z DNA szympansów)
genu kodującego białko miozynę
(u człowieka jest nieaktywny (od 2,4 mln lat – badania Stedmana), co sprawia, że muskulatura naszych szczęk jest mniej rozbudowana i zmusza nas do odżywiania się znacznie delikatniejszą strawą;
genu kodującego białko apoproteinę E (apoE-2 (pojedyncze), apoE-3 (ok.80%), apoE-4 (co dziesiąty) – jedyny u szympansów (sprzyja to utrzymywaniu wysokich poziomów cholesterolu)
Czy jesteśmy mięsożercami?
1. Kwaśna treść żołądka
2. Podobnie jak koty, nie potrafimy
syntetyzować witaminy B12
3. Mamy ograniczoną zdolność
syntetyzowania aminokwasu tauryny
(składnik płytek krwi i żółci)
4. Występowanie enzymów elastazy
i kolagenazy
5. Możliwość wchłaniania hemu
(specyficzny białkowy układ
transportowy)
6. Niezbędne długołańcuchowe NKT do
budowy błony komórkowej neuronów
7. Cykl rozwojowy tasiemca (człowiek
żywiciel ostateczny – drapieżca)
Nutrigenomika
Jedni z nas uwielbiają jeść tłusto, a inni wręcz przeciwnie.
Gen APOA2
Wydaje się, że ma on wpływ na nasze preferencje dotyczące jedzenia
białek i węglowodanów oraz na całkowitą ilość zjadanych kalorii.
Gen APOA5
Związany jest ze spożywaniem tłuszczów (w zależności od jego wariantu niektóre
osoby mogą jeść ich dużo i pozostają szczupli, inni od razu tyją. Są różne rodzaje
tego genu, które powodują, że możemy mieć mniejsze lub większe predyspozycje
do tycia i w różny sposób reagujemy na terapie odchudzające.
Są osoby, które rezygnują z połowy kalorii, ale nie chudną. Powstaje pytanie, jak
zmodyfikować dietę – czyli czego spożywać mniej: węglowodanów, tłuszczów czy
białek, żeby stracić na wadze
José Ordovas, Human Nutrition Research Center on Aging,
Tufts University Boston, USA
Nutrigenomika
2001 rok- poznanie ludzkiego genonu.
Pozwoliło to stwierdzić, że powstanie nowego białka zależy od wielu genów (a nie jak dotychczas uważano – w wyniku działania pojedynczego genu).
Badania zależności między dzietą a genomem nazwano nutrigenomiką.
Nutrigenomika bada związek między genomem a zależnym od diety stanem zdrowia, zajmuje się reakcjami organizmu genetycznie uwarunkowanymi przez składniki obecne w pożywieniu.
THRIFTY GENOTYPE
(OSZCZĘDNY GENOTYP)
Ewolucyjne promowanie wariantów genów umożliwiających przeżycie w okresie
gorszych warunków zewnętrznych (głodu, zimna)
Ewolucja ekspresji genów była modyfikowana w odpowiedzi na dostępność
pożywienia oraz zawarte w diecie składniki pochodzenia roślinnego i zwierzęcego
NUTRIGENOMIKA
Składniki żywności- substancje chemiczne, będące naturalnymi
składnikami pokarmu, wykazują wpływ na:
Zmiany w regulacji ekspresji genów- żywieniowa transkryptomika
Strukturę genomu- żywieniowa epigenomika (wpływ składników na
metylację DNA i strukturę chromatyny)
Założenia:
– substancje chemiczne występujące naturalnie w żywności wpływają w sposób
pośredni lub bezpośredni na ekspresję i/lub strukturę genów;
– w pewnych okolicznościach i u pewnych osób dieta może stanowić czynnik
ryzyka wielu chorób;
– niektóre geny regulowane dietą odgrywają bardzo istotną rolę w inicjacji, rozwoju
i charakterze przebiegu wielu chorób przewlekłych;
– stopień, w jakim dieta wpływa na równowagę pomiędzy stanem zdrowia a stanem
choroby, może zależeć od genetycznych predyspozycji człowieka;
– wiedza na temat wymagań żywieniowych genotypu doprowadzi do
wykorzystywania w przyszłości diety w celach zapobieżenia, łagodzenia objawów
i/lub leczenia wielu chorób przewlekłych
Kaput J., Rodriguez R.L.: Nutritional genomics: the next frontier in the postgenomic era. Physiol. Genomics 2004;
16: 166-177
Kaput J.: Diet-Disease Gene Interactions. Nutr. 2004; 20: 26-31.
Nutrigenomika
Poszczególne działy nutrigenomiki:
analizują zmiany w metylacji DNA i chromatynie, wywołane przez składniki pożywienia (nutrigenomika żywienia);
oceniają zmiany w regulacji ekspresji genów wywołane przez składniki diety (transkryptomika żywienia);
badają struktury białkowe generowane po interakcji genomu ze składnikiem pożywienia; obecność lub brak określonych białek może informować o wczesnym etapie choroby (proteomika);
oceniają zależność pomiędzy ekspozycją na poszczególne składniki pożywienia a zawartością i aktywnością biologiczną metabolitów; badają metabolity obecne w komórkach lub płynach ustrojowych powstających pod wpływem czynnika żywieniowego (metabolomika).
Nutrigenomika
Dokonanie analizy całego genomu i odkrycie
polimorficznych genów kodujących enzymy, pozwoliło na
stwierdzenie, które receptory, transportery biorą udział w
reakcjach z substancjami bioaktywnymi pożywienia;
Prowadzone badania potwierdzają, że niektóre pokarmy
wzmagają działanie genów lub mogą je hamować;
Dla określenia stabilności genomu ważne jest określenie
optymalnego stężenia badanego mikroskładnika
pożywienia i optymalnych norm żywienia.
Prowadzone badania pozwolą dobrać indywidualnie dla
każdej osoby produkty, które będą najmniej szkodliwe
(każda osoba ma różny metabolizm związków
dostarczanych z żywnością).
Nutrigenomika
Ocenia się, że u człowieka polimorfizm, czyli zróżnicowanie strukturalne, dotyczy ok. 30% genów;
Poznanie, jakie formy polimorficzne genów i w jakim stopniu wpływają na zmianę obrazu fenotypowego pod wpływem zmian w składzie stosowanej diety, to jeden z kluczowych emementów badań w zakresie relacji między dietą, genami a zdrowiem. Ich wyniki będą stanowić podstawy do formułowania zaleceń żywieniowych uwzględniających:
charakterystyczny obraz puli genów populacji w przypadku zaleceń ogólnych;
specyficzne cechy genetyczne określonej grupy, np. grupy podwyższonego ryzyka;
indywidualny profil genetyczny osoby, do której rekomendacje te są kierowane.
Nutrigenomika
Celem nutrigenomiki jest badanie, w jaki sposób składniki żywności wpływają na działanie genów.
Proteomika bada, jak zmiany w ekspresji genów przenoszą się na zmiany w biosyntezie białek.
Metabolomika koncentruje się na ocenie wpływu powyższych na przebieg procesów metabolicznych i określa zmiany metaboliczne w organizmie
Epigenetyka – opisuje zjawiska wpływające na zmiany budowy DNA (ale nie związane ze zmianą sekwencji zasad w łańcuchu DNA), np. metylację DNA, która z kolei wpływa na ekspresję genów.
NUTRIGENETYKA
Zależność między formami polimorficznymi genów a osobniczą reakcją na dietę
METABOLOMIKA
Wpływ składników diety na szlaki metaboliczne, poziom i aktywność biologiczną
metabolitów
PROTEOMIKA
Wpływ składników diety na tworzenie, strukturę oraz bioaktywność białek
nutrigenetyka
transkryptomika
proteomika
metabolomika
epigenomika
N
U
T
R
I
G
E
N
O
M
I
K
A
Składniki diety a ekspresja genów
Składniki pokarmowe są cząsteczkami chemicznymi,
które uruchamiają w organizmie wiele procesów
biochemicznych. Składniki diety można uznać za sygnały,
które odebrane przez komórkę wywołują jej odpowiedź
przejawiającą się m.in. jako zmiana aktywności
metabolicznej enzymów lub jako zmiana ekspresji
pewnych genów.
Składniki diety mogą wpływać na ekspresję genów
dwojako – pośrednio (wywołują sekrecję hormonów przez
specyficzne typy komórek) i bezpośrednio (docierające z
krwią do komórek niektóre lipofilne substancje stanowią
ligandy dla wewnątrzkomórkowych receptorów
jądrowych).
Składniki diety a ekspresja genów
Kwasy tłuszczowe wielonienasycone n-3 (n-3 PUFA) i n-6 (n-6 PUFA) wpływając na produkcję eikozanoidów, w różny sposób modulują odpowiedź zapalną, procesy krzepnięcia i fibrynolizy. N-3 PUFA hamują ekspresję genów kluczowych dla biosyntezy lipidów i cholesterolu, natomiast nasilają ekspresję genów ważnych dla -oksydacji. Kwasy EPA i DHA efektywnie hamują ekspresję genów regulujących procesy lipogenezy (przewaga w diecie kwasów tłuszczowych nasyconych nasila procesy syntezy lipidów i lipoprotein, prowadząc do hiperlipidemii i rozwoju miażdżycy).
Składniki diety a ekspresja genów
Węglowodany – zaobserwowano, iż zastąpienie w diecie produktów z pszenicy produktami z żyta u pacjentów z zespołem metabolicznym wiązało się z obniżeniem poziomu ekspresji w brzusznej podskórnej tkance tłuszczowej genów wpływających na tkankową odpowiedź na insulinę i rozwój insulinooporności, aktywność lipazy hormonozależnej, syntezę interleukin oraz procesy apoptozy.
Ilość błonnika w diecie wpływa na ekspresję w tkance tłuszczowej genów związanych z regulacją funkcji adipocytów, produkcją adipocytokin, regulacją metabolizmu lipidów i glukozy.
Polimorfizm genów a odpowiedź
metaboliczna na składniki odżywcze
Zawartość różnych lipoprotein w osoczu krwi
ściśle wiąże się z ryzykiem rozwoju miażdżycy i
chorób układu krążenia powstających na jej tle.
Obecnie dobrze udokumentowano wpływ form
polimorficznych genów apolipoprotein E, AI, AIV i
CIII oraz białek wiążących kwasy tłuszczowe na
reakcję organizmu człowieka na zmiany składu
diety.
Polimorfizm genów a odpowiedź
metaboliczna na składniki odżywcze
Apolipoproteina E (apoE) jest białkiem odgrywającym
kluczową rolę w przemianach lipoprotein, warunkuje ona
bowiem oddziaływanie lipoprotein ze specyficznymi
receptorami wątrobowymi. Białko to występuje w postaci
trzech głównych izoform E3, E2 i E4. W populacji
stwierdza się obecność trzech genotypów
homozygotycznych (E3/3, E2/2, E4/4) oraz trzech
genotypów heterozygotycznych (E3/4, E2/3 i E2/4).
Najczęściej, bo u około 70% populacji generalnej ,
występuje genotyp E3/3. Wykazano, że u nosicieli allela
E2 stwierdza się niższe, a u nosicieli allela E4 – wyższe
stężenie cholesterolu we krwi niż u nosiciela allela E3.
Polimorfizm genów a odpowiedź
metaboliczna na składniki odżywcze
Apolipoproteina E (apoE)
Wzrost ryzyka w stosunku do ryzyka towarzyszącemu genotypowi E3/3 wiąże się z obecnością genotypu E4/4 i E 4/3, zaś obniżenie ryzyka - z genotypami E2/2 i E3/2.
U nosicieli allela E4 – zwiększy się ryzyko miażdżycy przy diecie bogatej w nasycone kwasy tłuszczowe i cholesterol.
Zwiększenie w diecie stosunku kwasów wielonienasyconych do nasyconych powoduje istotne obniżenie stężenia cholesterolu u nosicieli allela E4, zaś nie wywołuje istotnych zmian u nosicieli allela E2.
Hipocholesterolemiczny efekt związany ze zwiększonym spożyciem błonnika w diecie jest mniejszy w przypadku obecności izoform apo E4.
Polimorfizm genów a odpowiedź
metaboliczna na składniki odżywcze
Apolipoproteina AI (apoAI) jest kluczowym białkiem w lipoproteinach o wysokiej gęstości (HDL). Obecność apoAI determinuje strukturę cząstek HDL i ich przemiany, a w efekcie wpływa na stężenie cholesterolu zawartego w tych lipoproteinach (HDL-cholesterolu)
Polimorfizmem często występującym w obrębie genu apoAI, który wpływa na poziom lipoprotein o wysokiej gęstości w osoczu oraz moduluje zmiany stężenia HDL- cholesterolu zachodzące pod wpływem zmian składu diety, jest polimorfizm 76G/A (zastąpienie w łańcuchu DNA guaniny adeniną w pozycji 76).
Występowanie allela A wiąże się z wyższmi niż w przypadku allela G stężeniami HDL-chol. I apoAI
Polimorfizm genów a odpowiedź
metaboliczna na składniki odżywcze
Apolipoproteina AI (apoAI)
Wzrost poziomu wielonienasyconych kwasów tłuszczowych w diecie u nosicieli allela A wiąże się z istotnym wzrostem stężenia frakcji HDL-chol., zaś u homozygot G/G wywołuje efekt odwrotny (obniżenie stężenia cholesterolu frakcji HDL)
W zapobieganiu choroby wieńcowej nosicielom allela A można zalecić zwiększenie spożycia wielonienasyconych kwasów tłuszczowych w celu uzyskania wzrostu stężenia cholesterolu frakcji HDL, natomiast homozygotom G/G nie należy zalecać wzbogacania diety w te kwasy, powinni oni zaś większą uwagę zwracać na spożycie kwasów jednonienasyconych.
Polimorfizm genów a odpowiedź
metaboliczna na składniki odżywcze
Apolipoproteina AIV(apoAIV) jest białkiem pochodzenia
jelitowego odgrywającym ważną rolę w procesie absorpcji
tłuszczu. W populacji rasy białej częściej występuje allel
AIV-1 (Gln360), rzadziej allel AIV-2 (His360).
Stosowanie diety niskotłuszczowej i niskocholesterolowej
u nosicieli allela AIV-2 wywołuje większy spadek stężenia
cholesterolu niż u nosicieli allela AIV-1
Wzrost podaży cholesterolu z pożywieniem u heterozygot
apoAIV-1/2 w niewielkim stopniu wpływa na zmianę jego
stężenia w surowicy, natomiast u homozygot apoAIV-1/1
prowadzi do widocznego wzrostu stężenia cholesterolu w
surowicy.
Polimorfizm genów a odpowiedź
metaboliczna na składniki odżywcze
Apolipoproteina CIII(apocIII) jest inhibitorem lipazy lipoproteinowej (LPL), enzymu odgrywającego kluczową rolę w metabolizmie triacylogliceroli. Wzrost poziomu ekspresji genu apoCIII u zwierząt transgenicznych indukuje hipertriglicerydemię
U ludzi polimorfizm genu apoCIII związany z obecnością alleli S1 i S2 jest uznawany za jeden z czynników odgrywających rolę w ekspresji odpowiedzi lipemicznej na tłuszcz diety (obecność allela S2 wiąże się z mniejszym wzrostem stężenia triacylogliceroli we krwi podczas stosowania diety wysokotłuszczowej. U heterozygot S1S2 obserwuje się istotny spadek stężenia cholesterolu podczas diety bogatej w jednonienasycone kwasy tłuszczowe, podczas gdy homozygoty S1S1 nie wykazują takiej tendencji.
Polimorfizm genów a odpowiedź
metaboliczna na składniki odżywcze
Apolipoproteina CIII(apocIII)
W teście obciążenia glukozą u nosiciela allela S2 stwierdza się wyższe stężenia insuliny niż u homozygot S1S1.
Polimorfizm genu apoCIII, oznaczony jako C-482T wywiera wpływ na metabolizm węglowodanów. U nosicieli rzadszego allela –482T przebywających na diecie bogatowęglowodanowej występuje istotny wzrost stężenia glukozy i insuliny we krwi (szczególnie ważne zalecanie diety o niskich indeksach glikemicznych obniżenie ryzyka rozwoju oporności na insulinę).
Polimorfizm w obrębie genu apoCIII wpływa więc na odpowiedź lipemiczną na tłuszcz z diety, oraz na tolerancję glukozy i wrażliwość na insulinę (bezpośrednie ryzyko cukrzycy i miażdżycy.
Polimorfizm genów a odpowiedź
metaboliczna na składniki odżywcze
Białka jelitowe wiążące kwasy tłuszczowe (IFABP) Odgrywają ważną rolę w procesie absorpcji i transportu kwasów tłuszczowych.
Polimorfizm genu IFABP, związany z występowaniem w pozycji 54 łańcucha polipeptydowego alaniny lub treoniny (Ala54Thr); u nosicieli allela Thr54, w porównaniu z homozygotami Ala54, dochodzi do znacznego obniżenia stężenia cholesterolu podczas stosowania diety bogatej w rozpuszczalne frakcje błonnika pokarmowego, natomiast dieta bogata w nierozpuszczalne frakcje błonnika nie wywiera takiego efektu
Homozygoty Thr54 (treonina54) na zwiększone spożycie tłuszczu odpowiadają znacznie większym, niż homozygoty Ala54, wzrostem stężenia triacylogliceroli we krwi.
Składniki diety a stabilność genomu
Nieodpowiednio zbilansowana dieta może być
przyczyną mutacji i aberracji chromosomowych.
Składniki diety poprzez wpływ na przemiany
metaboliczne, aktywację lub deaktywację
kancerogenów, procesy syntezy i naprawy DNA
mogą być uważane za kluczowe czynniki
środowiskowe decydujące o stabilności naszego
genomu.
Składniki diety a stabilność genomu Kwas foliowy i witamina B12:
Jest niezbędny do syntezy deoksytymidylanu (dTMP), który powstaje w wyniku metylacji deoksyurydylanu (dUMP). Niedobór kwasu foliowego jest przyczyną akumulacji dUMP i wbudowywania uracylu zamiast tyminy w łańcuch DNA, powodując powstawanie mutacji, złamań DNA oraz złamań chromosomów. Podobny efekt jest obserwowany w przypadku niedoborów witaminy B12 i B6.
Kwas foliowy i witamina B12 to czynniki niezbędne do syntezy S-adenozylometioniny, która dostarcza grup metylowych do metylacji DNA, białek i neurotransmiterów (niedobór zaburzenia metylacji DNA i ekspresji genów wady cewy nerwowej)
Nieodpowiedni profil metylacji DNA związany jest z rozwojem nowotworów (np. raka okrężnicy).
Składniki diety a stabilność genomu
Witaminy antyoksydacyjne:
Wydaje się, że witamina E jest kluczowym
antyoksydantem przeciwdziałającym
uszkodzeniom DNA przez reaktywne formy tlenu,
a poza tym jej obecność zwiększa stopień
usuwania uszkodzonego DNA z komórek. Jednak
podanie wit. E wywołuje istotny wzrost jej
stężenia w osoczu nie wpływa jednak znacząco
na stopień jej ochronnego działania w stosunku
do DNA komórkowego.
Składniki diety a stabilność genomu
Witaminy antyoksydacyjne:
Obserwacje epidemiologiczne jednoznacznie
wskazują, że spożycie owoców i warzyw bogatych w
karotenoidy koreluje z niską częstością
występowania chorób nowotworowych oraz chorób
układu krążenia.
Nie zaleca się suplementacji dużymi dawkami -
karotenu, zwłaszcza u osób palących, pracujących
przy azbeście, nadużywających alkohol (produkty
oksydacji -karotenu mogą bowiem zakłócać
przenoszenie sygnału oraz aktywność enzymu
cytochromu P450 i na tej drodze sprzyjać rozwojowi
procesu nowotworowego.
Dziękuję za uwagę!